Джерело живлення з безпосереднім перетворенням

Джерело живлення з безпосереднім перетворенням, що містить вхідний LC-фільтр, напівпровідникові ключі, високочастотний трансформатор з повітряним зазором і однонапівперіодний випрямляч із дроселем, що згладжує, а також блок керування, який зв'язаний з керуючими електродами C2 2 (19) 1 3 виконаного по однотактній, напівмостовій чи мостовій схемі (Мощный однотактный преобразователь постоянного напряжения с "мягкой" коммутацией силового ключа / С.Д.Рудык, В.Е.Турчанинов, С.Н.Флоренцев //Электротехника.- №4 / 99. - С.5558). Пристрої з некерованими (діодними) чи керованими (тиристорними) випрямлячами мають несинусоїдальний характер вхідного струму. Джерела з активним випрямлячем мають низький коефіцієнт гармонік вхідного струму, але знижений на 2-3% ККД через наявність додаткового перетворювача. Наявність високовольтного електролітичного конденсатора в ланцюзі постійного струму створює проблеми його початкового заряду при включенні джерела і низької надійності в умовах тривалої роботи при імпульсному струмі. Відоме однофазне джерело живлення з безпосереднім перетворенням, що містить вхідний LC-фільтр, два однонаправлених транзисторних ключі, блок керування, зв'язаний з керуючими електродами ключів, однотактний високочастотний трансформатор із двома первинними обмотками й однонапівперіодний випрямляч із дроселем, що згладжує, (Перспективные источники сварочного тока / С.Д.Рудык, В.Е.Турчанинов, С.Н.Флоренцев // Электротехника.- №7 / 98. - С.8-13), у якому виключено функцію випрямлення вхідної напруги й отримано добрі результати по ККД і КП. Пристрій прийнято за прототип. У відомому пристрої силові ключі піддаються перенапругам, що досягають подвоєної напруги живлення. Крім того, відсутність накопичувача енергії не дозволяє підтримувати живлення навантаження в моменти переходу напруги мережі через нуль. Ці особливості негативно впливають на якість роботи джерела й обмежують його область застосування. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити джерело живлення з безпосереднім перетворенням, у якому за рахунок внесення нових елементів і зміни схеми забезпечується безпосереднє перетворення трифазної напруги в постійну при високих ККД і КП, що дозволяє забезпечити якісне регулювання вихідної напруги і поліпшити споживчі властивості джерела. Для вирішення поставленої задачі пристрій, що містить вхідний LC-фільтр, напівпровідникові ключі, високочастотний трансформатор з повітряним зазором і однонапівперіодний випрямляч із дроселем, що згладжує, а також блок керування, зв'язаний з керуючими електродами ключів, відповідно до винаходу, додатково містить три паралельно включених діодно-транзисторних комутатори, кожний з яких складається з послідовно з'єднаних двох зустрічно включених діодних пар і транзистора, емітер якого підключено до загальної точки з'єднання анодів першої пари діодів, колектор транзистора підключено до точки з'єднання катодів другої пари діодів, точка з'єднання першої і другої пар діодів підключена до виходу фільтра, загальні точки з'єднання катодів перших пар діодів і анодів других пар діодів підключені до первинної обмотки високочастотного трансформатора через ланцюг розмагнічування, що складається з послідовно 94778 4 включеного з первинною обмоткою діода, паралельно якому включені послідовно з'єднані транзистор і конденсатор, і другого діода, катод якого підключено до точки з'єднання колектора транзистора і конденсатора, а анод підключено до другого виводу первинної обмотки, вторинна обмотка високочастотного трансформатора підключена через однонапівперіодний випрямляч і дросель, що згладжує, до виходу джерела, при цьому однойменні виводи (початки чи кінці) обмоток підключені - первинна до катода діода ланцюга, що розмагнічує, а вторинна до анода випрямного діода. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 представлено блок-схему джерела, на Фіг.2 - схему силової частини. Пристрій містить вхідний LC-фільтр 1 (L1-L3 330мкГн×50А, С1С3 4,7мкф×630В, Фіг.2), до якого підключені три діодно-транзисторних комутатори 2-4 (VD1-VD12, VT1-VT3, Фіг.2, застосовано три модулі VUI3012N1 IXYS), виходи яких підключено через ланцюг розмагнічування 5 (VD15 HFA32PA120C, VT4 IRG4PH50U, VD16 40EPS16, С4 33мкф×1000В, Фіг.2) до високочастотного однотактного розділового трансформатора 6 (Т1 з коефіцієнтом трансформації 4, Фіг.2), вторинна обмотка якого підключена до випрямляча 7 (VD13, VD14 150EBU04, L4 30мкГн×300А, Фіг.2), схему керування 8 (на Фіг.2 показана умовно). Напруга холостого ходу джерела 60В, струм навантаження до 300А. Пристрій працює в такий спосіб. Первинна обмотка трансформатора Т1 з високою частотою (що у 10...1000 раз перевищує частоту мережі) поперемінно підключається до фаз мережі через два відкритих діодно-транзисторних комутатори. Послідовність переключення вибирається так, щоб за період переключення середнє значення напруги на первинній обмотці Т1 дорівнювало нулю: Tsw  uT1dt  0, (1), 0 де u1 - напруга на первинній обмотці Т1; Tsw - період переключення. Ця умова необхідна для забезпечення повного розмагнічування магнітопроводу Т1. При цьому на виході мостового випрямлювача напруга буде доu рівнювати T1 , де KT1 - коефіцієнт трансформації K T1 Т1. Середню (за період переключення) вихідну напругу визначимо з урахуванням вихідного фільтра (L4): U 1 Tsw Ts w  0 uT1 dt K T1 (2). Таким чином, змінюючи порядок підключення Т1 до фаз мережі (дотримуючись при цьому умови (1), можна керувати вихідною напругою і, що немаловажно, формою вхідного струму. Приймемо ta, tb, tc - час підключення трансформатора до фаз А, В, С. Позначимо Da=ta/Tsw, Db=tb/Tsw, Dc=tc/Tsw скважності стосовно фаз А, В, С відповідно. Тоді 5 94778 для вхідних струмів розглянутого перетворювача можна записати: ia  Iн  Da  sin gn(ua ), ib  Iн  Db  sin gn(ub ), (3), ic  Iн  Dc  sin gn(uc ), де Ін - приведений до первинної сторони струм навантаження, uа, ub, uc - фазні напруги мережі. Для забезпечення близького до одиниці коефіцієнта потужності необхідно, щоб вхідний струм у кожній фазі був пропорційний відповідній фазній напрузі. Це може бути досягнуте шляхом вибору скважностей у такий спосіб: Da    ua , Db    ub , (4), Dc    uc , де  - коефіцієнт, що визначає вихідну напругу. Середня за час Tsw напруга на первинній обмотці трансформатора визначається як . UT1=ua Da+ubDb+uсDс (5), Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 причому знак цієї напруги визначається номерами включених ключів. Підставивши (4) у (5), одержимо 2 2 2 2 UT1    (ua  ub  uc )  15  Uфм, , (6), де uфм - амплітуда фазної напруги мережі. Таким чином, дотримуючись умови (4), можна домогтися близько до одиниці коефіцієнта потужності джерела. Крім цього, з (6) випливає ще один важливий висновок: на виході джерела відсутні пульсації з частотою мереж. Це дозволяє значно підвищити якість напруги перетворювача і зменшити вимоги до вихідного фільтра. Слід зазначити, що за умовою повного розмагнічування осердя Т1 максимальна скважність дорівнює 0,5. Розмагнічування трансформатора відбувається при закритих діодно-транзисторних комутаторах, при цьому струм первинної обмотки протікає по ланцюзі Т1-VD16-С4-VD15-Т1. Енергія магнітного поля передається в конденсатор С4, заряджаючи його. Розряд С4 відбувається на прямому ходу при відкритих діодно-транзисторних комутаторах і відкритому транзисторі VT4. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601